用泡沫加强的弯管和方法
【专利摘要】提供一种适于在车辆座椅框架中使用的由泡沫加强且弯曲的管以及一种形成这种管的方法。管具有沿其长度延伸的空腔以及至少一个开放端。泡沫可借助于例如包括注射的任何所需过程而嵌入空腔中。借助于加热管状元件的一部分并在加热区域处将其弯曲来形成弯曲部。将泡沫材料嵌入管状元件空腔中可在加热和弯曲过程之前、之后或与其同时进行。泡沫材料可在空腔的长度上具有可变的类型和/或可变的密度。
【专利说明】用泡沬加强的弯管和方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本PCT专利申请要求享有于2011年7月19日提交的题为“用泡沫加强的弯管和方法”的序列号为61/509，313的美国临时申请的权益，该申请的全部公开内容被认为是本申请公开内容的一部分,并通过引用并入本文。
【技术领域】
[0003]本发明总体上涉及适于车辆座椅的框架。更具体地，本发明涉及一种包括由泡沫材料加强的至少一个细长管状元件的框架。
【背景技术】
[0004]在机动车辆发生碰撞的情况下，不管是在两车之间还是在车辆和静止物体之间发生碰撞的情况下，位于车辆驾驶室中的驾驶员和乘客座椅会经受非常高的负载，并且必须设计成在这些负载下抵抗变形，以便保护就座于其中的任何乘员。同时，成本效益和质量减少(这会导致对于车辆而言的更好的性能和燃料经济性)也是主要的目标，只要座椅的强度不会受到损害。
[0005]典型的车辆座椅包括靠背框架和下部椅座框架，其中每一框架可包括一个或多个管状元件。一些座椅制造商制备由坚固材料制成的管状元件，其具有足够的厚度以经受住车辆事故。其它座椅制造商制备更脆弱和/或更薄材料的管状元件，但其中设置有加强材料，以提供增加的强度以便承受车辆碰撞。
【发明内容】
[0006]根据本发明的一个方面，提供一种包括至少一个细长管状元件的车辆座椅框架组件，细长管状元件具有空腔并且以至少一个弯曲部在远端之间延伸。泡沫材料设置于空腔中并且在细长管状元件长度的至少一部分上完全填充空腔的横截面区域。泡沫材料具有沿着空腔长度一部分的可变类型和可变密度的至少一个，以加强管状元件。由于管状元件可由更薄和/或更脆弱的材料形成，因此这提供了成本节约，但仍具有足够的强度，从而抵抗由车辆碰撞导致的力所导致的变形。
[0007]根据本发明的另一个方面，提供一种形成车辆座椅的方法。所述方法包括制备具有空腔并且在相反端之间沿长度方向延伸的至少一个细长管状元件的步骤。所述方法还包括将泡沫材料嵌入管状元件的空腔的至少一部分中。该泡沫材料可通过任何合适的过程(例如包括作为可扩展插件或作为树脂的过程)嵌入空腔中。所述方法执行加热和弯曲管状元件至少一部分的步骤。加热和弯曲管状元件可在将泡沫材料嵌入空腔中之前、之后、或与其同时进行。
[0008]根据本发明的又一个方面，提供形成车辆座椅的另一种方法。所述方法包括制备具有空腔且在相反端之间沿长度方向延伸的至少一个细长管状元件的步骤，其中相反端的至少一个是开放的，并且在空腔中在相反端之间设置有至少一个隔离件。所述方法执行将具有径向向外延伸凸缘的注射装置通过开放端插入空腔中、插入到凸缘与隔离件间隔开位置的步骤。所述方法执行将泡沫材料注射到空腔中注射到隔离件和注射装置凸缘之间的步骤。所述方法执行将注射装置从空腔移除的步骤。所述方法还包括加热和弯曲管状元件的步骤。将泡沫材料注射到空腔中可在加热和弯曲步骤之前、之后、或与其同时进行。该过程对于给管状元件提供加强而言是特别有效和具有成本效率的过程。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]本发明的其它优点将会很容易认识到，因为其借助于参照下面详细描述并且在结合附图考虑时可以被更好地理解，其中:
[0010]图1是示例性弯曲且由泡沫加强的管状元件的透视图；
[0011]图2是沿着图1中的线2-2截取的示例性管状元件的剖视图；
[0012]图3是形成由泡沫加强且弯曲的管状元件的第一示例性方法的流程图；
[0013]图4是形成由泡沫加强且弯曲的管状元件的第二示例性方法的流程图；
[0014]图5是形成由泡沫加强且弯曲的管状元件的第三示例性方法的流程图；
[0015]图6是示例性管状元件的剖视图，其中注射装置定位于其中以便将树脂注射到管状元件的空腔中；
[0016]图7是形成由泡沫加强且弯曲的管状元件的第四示例性方法的流程图；
[0017]图8是经受线感应热应变(LITS)过程的示例性管状元件的透视图；
[0018]图9是示出图8所示管状元件示例性材料在进行LITS过程之后的各个位置处的微观结构的放大视图；
[0019]图1Oa是利用LITS过程弯曲的示例性管状元件的剖视图；以及
[0020]图1Ob是示出在沿着弯曲部的各个位置处所取的图1Oa所示管状元件测试结果的表格。
【具体实施方式】
[0021]参照附图，其中在多个视图中的相同附图标记表示相应部分，图1中总体上示出适于与车辆座椅的靠背框架或下部椅座框架一起使用以及根据本发明一个方面构建的不例性细长管状元件20。示例性管状元件20在横截面上看具有大体上圆形形状。然而，应当认识到的是，管状元件20可由任何所需的横截面形状形成。管状元件20优选由钢或招制成；然而，其可替代性地由任何合适的金属或非金属材料制成。
[0022]现在参照图2，管状元件20具有开放端22和在各开放端22之间延伸的开放空腔24。泡沫材料26选择性地设置于空腔24中并且在管状元件20的预定部分上完全填充空腔24的横截面区域。泡沫材料26给管状元件20的那些预定部分提供加强，以便获得附加的强度，从而抵抗会由在车辆碰撞过程中产生的力所导致的变形。这允许管状元件20以减小的壁厚形成和/或由更轻、更脆弱、和/或更便宜的材料制成，而不影响其抵抗会由在车辆碰撞过程中产生的力所导致的变形或故障的能力。根据为了抵抗车辆碰撞过程中变形需要最少量强度的区域来选择管状元件20的壁厚和材料以及用泡沫材料26加强需要更大强度的其它区域可能是有利的。因此，管状元件20的成本和/或重量可以减小而不影响其性倉泛。[0023]更进一步地，借助于沿着空腔24的长度改变泡沫材料26的类型和/或密度可实现附加的成本节约。例如，泡沫材料26可在为了抵抗车辆碰撞过程中所产生负载需要更多加强的管状元件20的部分中具有更大或更小的密度，其中泡沫材料26在管状元件20需要更少加强的部分中具有更大或更小的密度。应当指出的是，根据所使用泡沫材料26的类型,增加的密度可能不能增加由泡沫材料26对管状元件20的加强。泡沫材料26优选是聚氨酯泡沫材料26。然而，可替代性地使用任何其它合适类型的泡沫材料26。
[0024]示例性管状元件20沿长度方向延伸通过一对弯曲部。这些弯曲部可在将泡沫材料26嵌入空腔24中之前、期间或之后在管状元件20中形成。图3-5是示出形成如图1和图2中所示弯曲和加强管状元件20的三种不同的示例性方法的流程图。
[0025]现在参照图3的流程图以及图1和图2的结构，形成弯曲且加强的管状元件20的第一示例性过程包括制备具有空腔24和预定长度的管状元件20的步骤100。制备步骤100例如可以是辊压成型或切割管状元件20。示例性方法接下来执行将泡沫材料26嵌入细长管状元件20空腔24至少一部分中以加强管状元件20该部分的步骤102。泡沫材料26可通过任何合适的过程嵌入空腔24中。例如，泡沫材料26可借助于注射装置428(如图6中所示并在下面进一步详细论述的注射装置)注射到空腔24中，或者其可作为插件(未示出)插入并允许膨胀以便填充空腔24的横截面区域。空腔24的整个长度可以但不是必须填充有泡沫材料26，以及泡沫材料26的类型和密度可在管状元件20的不同部分中进行改变。泡沫材料26的类型可耐非常高的温度，以便允许管状元件20例如在泡沫材料26中没有任何退化的情况下被焊接到车辆座椅的靠背框架或下部椅座框架的其它部分上。
[0026]图3的示例性方法接下来执行选择性地加热管状元件20的步骤104以及在加热部分处弯曲管状元件20以使管状元件20符合其最终形状的步骤106。管状元件20的选择性区域优选用激光束加热。然而，可替代性地使用任何所需的加热过程。加热管状元件20允许其可弯曲成更小的弯曲半径，并降低弯曲部的内应力。与此相反，在管状元件20在弯曲之前未被加热的情况下，如果弯曲过于急剧则其可能卷曲或以其它方式变形。如果泡沫材料26定位在管状元件20的待被弯曲的部分中，则将管状元件20加热到其不会使得设置于其中的泡沫材料26降解的温度。例如，如果泡沫材料26在高至一百华氏度(100° F)的温度下是弹性的话，则包含泡沫材料26的管状元件20部分在弯曲前不被加热到高于该温度。一旦弯曲并冷却，示例性方法就执行利用该管状元件20作为车辆座椅靠背框架或下部椅座框架的至少一部分的步骤108。所述示例性的方法会是有利的，其原因在于其允许在管状元件20弯曲之前将泡沫材料26嵌入空腔24中。与在管状元件20弯曲之后嵌入泡沫材料26相比，上述方法会提供效率上的优点。
[0027]现在参照图4，示出形成加强和弯曲管状元件20的另一示例性方法的流程图。类似于上述方法，本示例性方法包括制备具有空腔24和预定长度的管状元件20的步骤200。所述示例性方法接下来执行加热管状元件20的步骤202以及在加热部分处弯曲管状元件20以使管状元件20符合其最终形状的步骤204。管状元件20优选用激光束加热；但是，可替代性地使用任何合适的加热过程。在弯曲步骤204完成之后，所述方法执行将泡沫材料26嵌入管状元件20的空腔24的至少一部分中的步骤206。空腔24的整个长度可以但不必须填充有泡沫材料26，以及泡沫材料26的类型和密度可在空腔24的不同部分中进行改变。此外，泡沫材料26可通过任何合适的过程嵌入空腔24中。所述示例性的方法接下来执行将管状元件20用作车辆座椅靠背框架或下部椅座框架的至少一部分的步骤208。在弯曲过程完成后只将泡沫材料26嵌入空腔24中可能是有利的，其原因在于根据所用泡沫材料26的一种或多种类型，管状元件20可以在弯曲过程之前被加热到更高的温度。
[0028]现在参照图5，示出形成加强和弯曲管状元件20的另一示例性方法。类似于上述的实施例，该实施例以制备具有空腔24和预定长度的管状元件20的步骤300开始。所述方法接下来执行通常同时发生的将泡沫材料26嵌入空腔24的至少一部分中的步骤302、选择性地加热管状元件20的步骤304以及弯曲管状元件20以使其符合其最终形状的步骤306。至于其它实施例，空腔24的整个长度可以但不必须填充有泡沫材料26，以及泡沫材料26的类型和密度可在空腔24的不同部分中进行改变。此外，泡沫材料26可通过任何合适的过程嵌入空腔24中，以及可通过任何合适的过程加热和弯曲管状元件20。在泡沫材料嵌入、加热和弯曲过程完成之后，所述方法接下来执行将管状元件20用作车辆座椅靠背框架或下部椅座框架至少一部分的步骤308。
[0029]现在参照图6，示出示例性注射装置428，其设置于示例性管状元件420的空腔424中以便将泡沫材料426注射到空腔424中。如图所示，注射装置428具有大体上与管状元件420的横截面相匹配的径向向外延伸的凸缘430。
[0030]图7的流程图中示出了形成弯曲和加强管状元件420的另一种示例性方法。同时参照该流程图和图6，所述方法包括制备至少一种细长管状元件420的步骤500，细长管状元件420具有空腔424，并在相反端之间沿长度方向延伸，其中相反端中的至少一个是开放的，以及至少一个隔离件432在空腔424中设置于相反端之间。所述方法接下来执行将注射装置428通过开放端插入管状元件420的空腔424中、插入到凸缘430与隔离件432间隔开的位置的步骤502。所述方法执行将泡沫材料426注射到细长管状元件420的空腔424中、注射到隔离件432和注射装置428的凸缘430之间的步骤504。泡沫材料426优选地作为树脂注射到隔离件432和注射装置428的凸缘430之间的间隙中，然后其膨胀以填充隔离件432和注射装置428的凸缘430之间的间隙。泡沫材料426可选择成具有预定的密度。所述方法接下来执行将注射装置428从空腔424移除的步骤506。在注射装置428已被移除之后，膨胀的泡沫材料426将保持在其位于细长管状元件420的空腔424中的位置处。
[0031]所述示例性方法还包括将第二隔离件432以与先前注射到空腔424中的泡沫材料426间隔开的方式注射到空腔424中的步骤508。所述方法接下来执行将具有径向向外延伸的凸缘430的注射装置428重新插入空腔424中、插入到与第二隔离件432间隔开的位置的步骤510。所述方法接下来执行将泡沫材料注射到空腔424中、注射到第二隔离件432和注射装置428的凸缘430之间的步骤510。注射到空腔424该部分中的泡沫材料可与在空腔424其它部分中的泡沫材料426相同或不同。此外，泡沫材料的密度可以与注射到空腔424其它部分中的泡沫材料426的密度相同或不同。在将泡沫材料注射到第二隔离件432和凸缘430之间的间隙中之后，所述方法接下来执行将注射装置428从细长管状元件420的空腔424移除的步骤。
[0032]所述示例性方法还包括加热细长管状元件420至少一部分的步骤514以及在加热部分处弯曲细长管状元件420的步骤516。加热步骤514和弯曲步骤516可在上述注射步骤510之前、之后或与其同时进行。此外，加热步骤514和弯曲步骤516可为线感应热应变(LITS)过程，从而对细长管状元件420预定部分的精确加热和冷却导致在无需施加外力的情况下弯曲细长管状元件420。
[0033]现在参照图8，示出示例性细长管状元件620经受LITS的过程，其中激光头634用作加热源，并且喷水式推进器636将水喷射到管状元件620上。然而，应当理解的是，可替代性地使用其它热源和冷却剂。如可以看到的那样，来自激光头634的激光束仅仅加热细长管状元件620的一侧。激光头634的主动冷却下游导致细长管状元件620中的内应力，所述内应力继而使得细长管状元件620弯曲。如图9b和9c中所示，细长管状元件620的材料微观结构在LITS成形过程之后在材料的不同位置处不同，其原因在于，仅有细长管状元件620的一部分经过加热和随后的冷却过程。如果需要的话，细长管状元件620可在LITS形成过程处理完成之后进行热处理，以便使得材料的微观结构在细长管状元件620上更均匀。
[0034]图1Oa是示例性细长管状元件720的剖视图，其利用上述LITS形成过程进行弯曲。管状元件720被分成多个段，其按顺序编号为I至12。图1Ob是示出内壁和外壁在管状元件720的段1-8和12处的厚度和硬度的各种测量结果的表格。如可以看出的那样，管状元件720在弯曲部(段4-8)中间部分中的内壁厚度大于弯曲部的开始和结束部分(段1-3和12)。进一步地，图1Ob的图表示出管状元件720在弯曲部(段2-8)长度上的硬度大于管状元件720直线段(段I和12)处的硬度。在图1Ob中还示出管状元件720的外壁厚度和硬度在统计学上沿着弯曲部保持恒定。
[0035]LITS形成过程会是有利的，其原因在于，可以保持弯曲部的圆度而不留下工具痕迹。进一步地，通过LITS过程形成的管状元件具有改善的液压成形性能，其原因在于，不需要预应变过程并且管状元件的外壁没有减薄。
[0036]当采用LITS过程来弯曲管状元件时，可在LITS过程中加热管状元件之前将泡沫前体嵌入空腔中的特定位置处。该LITS过程然后可激活前体，使其膨胀成加强的泡沫材料。这也是泡沫材料如何可被嵌入管状元件内的另一实例。
[0037]已经根据相关的法律标准描述了前述发明，因此本说明书在本质上是示例性的而非限制性的。对于本领域的那些技术人员而言对所公开实施例进行变化和修改是显然的且落入本发明的范围内。
【权利要求】
1.一种车辆座椅框架组件，其包括: 具有空腔的至少一个细长管状元件，以及其中所述至少一个细长管状元件在各远端之间延伸并且在所述各远端之间具有至少一个弯曲部； 泡沫材料，其设置于所述细长管状元件的所述空腔中并且在所述细长管状元件的长度的至少一部分上完全填充所述空腔的横截面区域，以及其中所述泡沫材料具有沿着所述空腔的长度的所述部分的可变类型和可变密度中的至少一个。
2.根据权利要求1所述的车辆座椅框架组件，其特征在于，所述泡沫材料设置成短于所述空腔的整个长度。
3.根据权利要求2所述的车辆座椅框架组件，其特征在于，所述泡沫材料设置于所述空腔的至少两个位置处，以及具有所述泡沫材料的所述至少两个位置由所述空腔中不具有所述泡沫材料的部分彼此间隔开。
4.一种形成车辆座椅框架的方法，其包括下述步骤: 制备具有空腔且在相反端之间沿长度方向延伸的至少一个细长管状元件； 将泡沫材料嵌入细长管状元件空腔的至少一部分中； 加热细长管状元件的至少一部分；以及 在加热位置处弯曲细长管状元件的细长部分。
5.根据权利要求4所述的形成车辆座椅框架的方法，其特征在于，加热和弯曲细长管状元件的至少一部分的所述步骤进一步限定为借助于线感应热应变形成过程来加热和弯曲管状元件，其中对细长管状元件预定部分的精确加热和冷却导致细长管状元件弯曲。`
6.根据权利要求4所述的形成车辆座椅框架的方法，其特征在于，将泡沫材料嵌入细长管状元件空腔的至少一部分中的所述步骤在加热和弯曲细长管状元件至少一部分的所述步骤之前进行。
7.根据权利要求4所述的形成车辆座椅框架的方法，其特征在于，将泡沫材料嵌入细长管状元件空腔的至少一部分中的所述步骤在加热和弯曲细长管状元件至少一部分的所述步骤之后进行。
8.根据权利要求4所述的形成车辆座椅框架的方法，其特征在于，所述方法还包括在将泡沫材料嵌入细长管状元件空腔中的步骤之后焊接细长管状元件的步骤。
9.根据权利要求4所述的形成车辆座椅框架的方法，其特征在于，将泡沫材料嵌入空腔中的所述步骤还限定为借助于具有径向向外延伸凸缘的注射装置将泡沫材料注射到空腔中，并且之后还包括下述步骤: 将注射装置从空腔移除； 以与先前注射到空腔中的泡沫材料间隔开的方式将隔离件插入空腔中； 将具有径向向外延伸凸缘的注射装置重新插入空腔中、插入到与隔离件间隔开的位置； 借助于注射装置将泡沫材料注射到空腔中、注射到所述第二隔离件与注射装置凸缘之间；以及 将注射装置从细长管状元件的空腔移除。
10.根据权利要求9所述的形成车辆座椅框架的方法，其特征在于，注射到空腔不同位置处的泡沫材料为彼此不同的材料。
11.根据权利要求9所述的形成车辆座椅框架的方法，其特征在于，注射到空腔不同位置处的泡沫材料具有彼此不同的密度。
12.—种形成车辆座椅框架的方法，所述方法包括下述步骤: 制备具有空腔且在相反端之间沿长度方向延伸的至少一个细长管状元件，其中相反端中的至少一个是开放的，并且至少一个隔离件设置在所述相反端之间的所述空腔中； 将具有径向向外延伸凸缘的注射装置通过所述至少一个开放端插入至少一个细长管状元件的空腔中、插入到凸缘与隔离件间隔开的位置； 将泡沫材料注射到细长管状元件的空腔中、注射到隔离件和注射装置凸缘之间； 将注射装置从细长管状元件的空腔移除； 加热细长管状元件的至少一部分；以及 在加热部分处弯曲细长管状元件。
13.根据权利要求12所述的形成车辆座椅框架的方法，其特征在于，将泡沫材料嵌入细长管状元件空腔中的所述步骤在加热和弯曲细长管状元件的所述步骤之前进行。
14.根据权利要求12所述的形成车辆座椅框架的方法，其特征在于，将泡沫材料嵌入细长管状元件空腔中的所述步骤与加热和弯曲细长管状元件的步骤中的至少一个同时进行。
15.根据权利要求12所述的形成车辆座椅框架的方法，其特征在于，将泡沫材料嵌入细长管状元件空腔中的所述 步骤在加热和弯曲细长管状元件的所述步骤之后进行。
16.根据权利要求12所述的形成车辆座椅框架的方法，其特征在于，在将注射装置从空腔移除的步骤之后还包括下述步骤: 以与先前注射到空腔中的泡沫材料间隔开的方式将隔离件插入空腔中； 将具有径向向外延伸凸缘的注射装置重新插入空腔中、插入到与隔离件间隔开的位置； 借助于注射装置将泡沫材料注射到空腔中、注射到第二隔离件与注射装置凸缘之间；以及 将注射装置从细长管状元件的空腔移除。
17.根据权利要求16所述的形成车辆座椅框架的方法，其特征在于，注射到空腔不同位置处的泡沫材料为彼此不同的材料。
18.根据权利要求16所述的形成车辆座椅框架的方法，其特征在于，注射到空腔不同位置处的泡沫材料具有彼此不同的密度。
19.根据权利要求12所述的形成车辆座椅框架的方法，其特征在于，加热和弯曲细长管状元件至少一部分的所述步骤进一步限定为借助于线感应热应变形成过程来加热和弯曲管状元件，其中对细长管状元件预定部分的精确加热和冷却导致细长管状元件弯曲。
【文档编号】B29C44/18GK103796812SQ201280044463
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2012年7月19日 优先权日:2011年7月19日
【发明者】D·J·塞基宁, M·J·托马斯 申请人:约翰逊控制技术公司